WO2012070659A1 - ニッケルフリーステンレス製ステント - Google Patents

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mass
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stent
nickel
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田口 哲志
康行 片田
永井 良三
一郎 眞鍋
克仁 藤生
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独立行政法人物質・材料研究機構
国立大学法人東京大学
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Definitions

  • the present invention relates to a nickel-free stainless steel stent, and more particularly to a nickel-free stainless steel stent using stainless steel that does not cause an allergic reaction to the human body and is excellent in precision workability, strength, and elongation characteristics. It is.
  • a stent for vasodilation is known as a medical instrument used for a treatment method for expanding a blood vessel in a constricted portion such as a coronary artery for a patient with angina pectoris or myocardial infarction.
  • This stent for vascular expansion is made of, for example, a metallic mesh that expands into a cylindrical shape, and is inserted into an affected area such as a vascular stenosis section by a catheter to expand the blood vessel.
  • austenitic stainless steel SUS316, SUS316L, or the like which is a general stainless steel, has been used as a material for the stent for vasodilation.
  • SUS316 which is a general austenitic stainless steel used as a material for the above-mentioned vasodilator stent, has 10 to 14% by mass of Ni, and SUS316L has 12 to 15% by mass of Ni. Therefore, there is a concern about the development of metal allergy due to elution of Ni ions after inserting a vascular dilatation stent into a blood vessel.
  • the Ni content in stainless steel is reduced to a level that does not substantially contain, and at the same time, corrosion resistance, durability, strength and toughness are improved.
  • the chemical composition is limited.
  • the limitation of the basic chemical component composition of the stainless steel according to this proposal is as follows: 0 ⁇ C (carbon) ⁇ 0.08, 0 ⁇ Si (silicon) ⁇ 0.50, 0 ⁇ Mn (Manganese) ⁇ 1.50, 15 ⁇ Cr (chromium) ⁇ 30, 0 ⁇ Ni ⁇ 0.05, 1 ⁇ Mo (molybdenum) ⁇ 10, 1.00 ⁇ N (nitrogen) ⁇ 2.00, 0 ⁇ Ca It contains (calcium) ⁇ 0.005, and the balance is Fe (iron) and inevitable impurities.
  • Ni plays an important role as an austenite-forming element.
  • the structure is such that the role of Ni is complemented by other chemical composition components.
  • N nitrogen plays an important role as a complementary component of Ni.
  • N is an austenite generating element and is a constituent component that also contributes to an improvement in strength.
  • the present invention was made from the background as described above, and does not substantially contain Ni in stainless steel, has an effect of preventing the development of metal allergy, and is excellent in precision workability, strength, and elongation characteristics. It is an object to provide a nickel-free stainless steel stent using stainless steel.
  • the nickel-free stainless steel stent of the present invention is characterized by the following.
  • (1) As a chemical composition, Cr: 15 to 30% by mass, Mo: 1 to 10% by mass, N: 0.5 to 1% by mass, the balance being Fe and containing inevitable impurities It is a nickel-free stainless steel stent using good stainless steel.
  • (2) In addition to the chemical composition described in (1) above, Si: 0 to 0.50 mass%, Mn: 0 to 0.20 mass%, P: 0 to 0.01 mass%, Al: 0 to It is a nickel-free stainless steel stent using stainless steel containing 0.1% by mass.
  • (3) In addition to the chemical composition described in (1) or (2) above, Ti: 0 to 0.5% by mass, Nb: 0 to 0.5% by mass, B: 0 to 0.005 It is a nickel-free stainless steel stent using stainless steel containing mass%.
  • the chemical composition is made of nickel-free stainless steel using stainless steel that has a specific content of Cr, Mo, N and the balance being Fe and may contain inevitable impurities. Since it is a stent, it can be a nickel-free stainless steel stent that has an effect of preventing the onset of metal allergy and is excellent in precision workability, strength, and elongation characteristics.
  • the contents of Si, Mn, P and Al are limited to specific contents, and Since the nickel-free stainless steel stent is made of stainless steel having a specific content of Ti, Nb, and B, the effect of the invention of the above (1) is more surely remarkable. It can be a stainless steel stent.
  • FIG. 1 Schematic showing the shape of the tubular stainless steel stent of the present invention.
  • the graph which shows the change of the number of vascular endothelial cells at the time of 3 hours, 1 day, and 3 days. Fluorescence observation photograph confirming cell proliferation at 3 hours, 1 day, and 3 days.
  • the stainless steel used for the nickel-free stainless steel stent (hereinafter simply referred to as a stent) of the present invention does not substantially contain Ni, and together with Fe, Cr, Mo, and N at specific ratios are essential components.
  • Stainless steel. ⁇ Cr (chrome)> Cr an essential component of stainless steel used in the present invention, is an important constituent element for imparting corrosion resistance to stainless steel, and is particularly resistant to local corrosion in corrosive environments such as body fluids containing Cl ions such as salt. It is an important component for realizing the suppression.
  • the content of Cr is 15 to 30% by mass, preferably 20 to 25% by mass.
  • Mo molybdenum
  • Mo which is an essential component of stainless steel used in the present invention, is an element that improves the corrosion resistance of stainless steel.
  • the Mo content is 1 to 10% by mass, preferably 1 to 2% by mass.
  • N which is an essential component of the stainless steel used in the present invention, is an effective component for improving the corrosion resistance in corrosive environments such as body fluids in which N in solid solution contains Cl ions such as salt. In particular, in the present invention, it plays an extremely important role as a means for securing austenite-generating elements.
  • the N content is 0.5 to 1.0% by mass, preferably 0.8 to 1.0. By setting it within this range, it is possible to stabilize the austenite crystal structure, and it is possible to obtain stainless steel having excellent strength and excellent plastic workability.
  • the N content exceeds 1.0% by mass, the formation of Cr nitride is likely to be facilitated, and the workability may be reduced.
  • the contents of Cr, Mo and N are within the above ranges, and the corrosion resistance index (PRE) represented by the following formula (1) is the following formula (2) and formula (3): ) Is preferably satisfied.
  • PRE (Cr content) + (Mo content) ⁇ 3 + (N content) ⁇ 10 (1)
  • A is the area occupancy (%) of nonmetallic inclusions in steel
  • D is the maximum diameter ( ⁇ m) of nonmetallic inclusions in steel.
  • the relationship between the corrosion resistance index (PRE), the area occupancy (%) of nonmetallic inclusions in steel (A), and the maximum diameter ( ⁇ m) (D) of nonmetallic inclusions in steel is as detailed below. It is.
  • Stainless steel produces a strong passive film on the steel surface, so it exhibits corrosion resistance even under environmental conditions used as biomaterials and suppresses metal elution.
  • non-metallic inclusions such as oxides and sulfides are present in the steel, these non-metallic inclusions cause defects in the coating of the steel, leading to deterioration of corrosion resistance, and metal elution even in the use environment as biomaterials.
  • the degree of this corrosion resistance deterioration, etc. is the corrosion resistance index (PRE) defined in (1) above, the area occupancy (%) of nonmetallic inclusions in steel, and the maximum diameter of nonmetallic inclusions in steel. ( ⁇ m) (D) (however, when a major axis and a minor axis exist, the maximum diameter of the major axis is D).
  • the method for measuring the area occupancy (%) (A) of the non-metallic inclusions in the steel is, for example, by polishing a cross section parallel to the forging or rolling direction to a mirror surface and using an optical microscope, the magnification is 1000 times,
  • the maximum diameter ( ⁇ m) (D) of the nonmetallic inclusions in the field of view can be measured, and can also be measured from image analysis of the image.
  • Si silicon
  • Mn manganese
  • P aluminum
  • Al aluminum
  • ⁇ Si (silicon)> Si is an element that acts as a deoxidizer.
  • the inclusion of Si generates SiO 2 that is a deoxidation product, which promotes the growth of non-metallic inclusions and may lead to a decrease in corrosion resistance.
  • N is contained in a specific range as described above, silicon nitride is used as an N addition source in the melting process of stainless steel by the pressurized ESR method (Pressurized Electro-Slag Reflow) described later.
  • the additive source material containing Si and the like is not used, but a ferrochromium alloy, chromium nitride, or the like is used, the maximum pressure of nitrogen gas in the melting and refining atmosphere is controlled, and an Al simple system is used as the additive slag component.
  • the Si content in the stainless steel of the present invention can be in the range of 0 to 0.5 mass%.
  • Mn manganese
  • Mn is an element that acts as a deoxidizing agent similarly to Si, and contributes to stabilization of the austenite phase. Furthermore, since Mn has the effect of increasing the solubility of N in the molten metal, it is an extremely effective element when an N-containing stainless steel is to be produced.
  • the present invention in which inclusion of N is essential, it is very effective to contain Mn from this viewpoint.
  • MnO the corrosion resistance of the steel is reduced because the deoxidation product, MnO, promotes the growth of oxide inclusions in accordance with the increase in the Si content.
  • the toughness may decrease.
  • the deoxidation action of Mn in order to ensure the deoxidation ability even if the addition amount is limited, by adding an appropriate amount of Al, the dissolved oxygen in the molten metal is extremely low. Can be reduced to a value. Desirably, the deoxidation effect can be further manifested and the oxide inclusions can be reduced by complex deoxidation by adding and adding Ce thereto.
  • the Mn content in the present invention is in the range of 0 to 0.2% by mass, preferably 0 to 0.01% by mass. By setting this range, the amount of non-metallic inclusions containing Mn-based oxides can be reduced, which is extremely effective for improving the corrosion resistance of the stainless steel of the present invention.
  • the P content in the present invention is in the range of 0 to 0.01% by mass.
  • the stainless steel used in the present invention can contain Ti (titanium), Nb (niobium), and B (boron) in addition to the above components.
  • the Ti content is in the range of 0 to 0.5 mass%, preferably 0 to 0.2 mass%
  • the Nb content is in the range of 0 to 2 mass%, preferably 0 to 0.2 mass%
  • B content is in the range of 0 to 0.05 mass%, preferably 0 to 0.005 mass%.
  • the Al content in the ESR steel ingot is in the range of 0 to 0.10% by mass.
  • C carbon
  • S sulfur
  • O oxygen
  • ⁇ C (carbon)> C contributes to improving the strength of the steel and is effective as an austenite phase forming element.
  • the content of C is excessive, it is an element that impairs the corrosion resistance and toughness of stainless steel. Therefore, the content is as much as possible from the viewpoint of ensuring corrosion resistance and toughness on the premise of securing strength and austenite phase by other components. It is desirable to reduce
  • the C content in the present invention is preferably in the range of 0 to 0.02.
  • S sulfur
  • S is an element inevitably mixed in the melting process of stainless steel, and the content of S is set to the lowest possible Mn content in order to suppress the production amount of MnS. It is desirable to suppress as much as possible.
  • the S content is preferably in the range of 0 to 0.002 mass%.
  • ⁇ O (oxygen)> O is an element inevitably mixed in the steel melting process, and its content is desirably as low as possible. From this viewpoint, the content of O in the present invention is preferably in the range of 0 to 0.003 mass%.
  • W tungsten
  • V vanadium
  • Ce cerium
  • V is an element effective for improving local corrosion resistance in corrosive environments such as body fluids containing Cl ions such as salt, but if its content is excessive, it inhibits the hot workability of stainless steel. . Therefore, the V content is preferably in the range of 1 to 10% by mass.
  • the corrosion resistance of the stainless steel can be improved.
  • ⁇ Ce (cerium)> Ce is effective as a deoxidizing agent and a desulfurizing agent. Therefore, it contributes to the reduction of non-metallic inclusions and to the improvement of corrosion resistance and toughness.
  • the Ce content is in the range of 0.01 to 0.10% by mass. By setting the content within this range, the corrosion resistance and toughness of the stainless steel can be further improved.
  • the content is less than 0.01% by mass, the above effect cannot be sufficiently exhibited. If the content exceeds 0.10% by mass, the hot workability of stainless steel is hindered.
  • elements not described above may be included as inevitable impurities.
  • the ESR steel ingot is adjusted by an apparatus that can adjust the N 2 gas atmosphere pressure during the melting and refining period within a range of about 0.1 to 5 MPa. Can be melted.
  • a nitrogen-added consumable electrode is used as the consumable electrode, and a premelt slag of calcium fluoride (CaF 2 ) or calcium oxide (CaO) is used as the slag.
  • a premelt slag of calcium fluoride (CaF 2 ) or calcium oxide (CaO) is used as the slag.
  • the basic method for melting high-clean steel is based on strong deoxidation based on metal Al in the molten metal, and more preferably, combined deoxidation with an appropriate amount of metal Ce added.
  • Al addition is prepared by incorporating a metal Al wire into a consumable electrode, and regarding the composition of the molten slag, take into account the extremely low potential of slag oxygen and sulfur and the optimization of fluidity. As a result, it is possible to promote the floatation / separation removal of the deoxidation product and desulfurization product from the molten metal (molten steel) bulk to the molten slag phase and the prevention of reoxidation of the molten metal bulk.
  • the ESR steel ingot melted by the pressure-type ESR method is hot rolled, hot forged, hot extruded, cold rolled, cold checked into a linear form suitable for the stent of the present invention. And one or more processing techniques selected from the group such as cold drawing.
  • a method for manufacturing a stent according to the present invention from a linear material stainless steel processed as described above employs a conventional technique for manufacturing a stent using a conventional austenitic stainless steel such as SUS316L. be able to.
  • stainless steel can be processed into a linear form, which can be knitted into a net shape to form a stent.
  • a net-shaped stent is folded and thinned, inserted into an affected part of a blood vessel with a catheter, and then inflated with a balloon to expand the net to widen the blood vessel.
  • the center of the cross section of the stainless steel formed into a rod shape is perforated in the longitudinal direction by machining to produce a pipe, which is subjected to cold drawing, and further, after producing the final shape of the thin tube shown in FIG.
  • a stent can be formed by processing into a predetermined pattern by laser processing.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a stent formed into a tubular shape by cold drawing.
  • the stent has a tubular shape with an outer diameter (D) of 1.4 mm, a tube wall thickness (T) of 0.1 to 0.15 mm, and a length (L) of 10 to 20 mm. Therefore, it can be suitably used as a stent for coronary arteries.
  • a nickel-free stainless steel stent (23Cr-1Mo-1N: Example 1) and a stainless steel stent (SUS316L: Comparative Example 1) having a length of 10 mm were produced from a seamless pipe having an outer diameter of 1.4 mm and a wall thickness of 0.1 mm.
  • After mounting the prepared stent on the catheter sterilizing with ethylene oxide gas, anesthetizing 3 months old pig (body weight about 60 kg), using the catheter to place the stent in the left anterior descending coronary artery (LAD), left coronary artery left rotation Placed in branch (LCX) or right coronary artery (RCA).
  • LAD left anterior descending coronary artery
  • LCX left coronary artery left rotation Placed in branch
  • RCA right coronary artery
  • the maximum number of stents placed in LAD, LCX, and RCA was two.
  • the stenosis rate was evaluated according to the AHA (American Heart Association) classification of coronary arteries by evaluating the blood vessel diameter
  • Fig. 2 shows a blood vessel pathological photograph 4 weeks after placement of the stainless steel stent of Example 1
  • Fig. 3 shows a blood vessel pathological photograph 4 weeks after placement of the SUS316L stent of Comparative Example 1.
  • the stenosis rate is 0% when there is no stenosis, 25% for 1-25%, 50% for 25-50%, 75% for 51-75%, 75-99% (in the stenosis part of the contrast agent flow) No delay) was 90%, 75-99% (with a delay in the stenosis of the contrast agent flow) was 99%, and complete stenosis was 100%.
  • a restenosis rate of 25% or less was considered effective.
  • the nickel-free stainless steel stent of the present invention has almost no elution of nickel as compared to the conventional stainless steel stent, has a low restenosis rate, and suppresses the development of metal allergy. .
  • ⁇ Relationship between nitrogen content and processability> Regarding the nickel-free stainless steel stent having a nitrogen content of less than 1% by mass and the stainless steel stent having a nitrogen content of 1% by mass or more, the relationship between the nitrogen content and workability was confirmed. A cross-sectional photograph of each stent is shown in FIG.
  • the nickel-free stainless steel stent (a) having a nitrogen content of less than 1% by mass it was confirmed that the hardness decreased with the decrease in the nitrogen content, the workability was improved, and a thin tube with a uniform thickness could be processed. .
  • the stainless steel stent (b) having a nitrogen content of 1% by mass or more it was confirmed that the workability was lowered and the thickness was uneven.
  • FIG. 5 shows the results of changes in the number of vascular endothelial cells
  • FIG. 6 shows a fluorescence observation photograph of cell proliferation.

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Abstract

 ステンレス鋼中にNiを実質的に含有せず、金属アレルギーの発症防止効果を有し、精密加工性、強度、延び特性に優れたステンレス鋼を用いたニッケルフリーステンレス製ステントを提供する。 ニッケルフリーステンレス製ステントであって、化学組成として、Cr:15~30質量%、Mo:1~10質量%、N:0.5~1質量%、を含有し、残部がFeであるとともに、不可避不純物を含有してもよいステンレス鋼を用いることを特徴とする。

Description

ニッケルフリーステンレス製ステント
 本発明は、ニッケルフリーステンレス製ステントに関するものであり、詳しくは人体にアレルギー反応を起こさせることがなく、精密加工性、強度、延び特性に優れたステンレス鋼を用いたニッケルフリーステンレス製ステントに関するものである。
 狭心症や心筋梗塞等の患者に対して、冠動脈等の狭窄している部分の血管を拡げる治療法に用いられる医療器具として血管拡張用ステントが知られている。この血管拡張用ステントは、例えば、円筒状に拡張する金属性メッシュからなり、カテーテルにより血管狭窄部等の患部に挿入して血管を拡げるものである。
 従来、この血管拡張用ステントの材料には、一般的なステンレス鋼であるオーステナイト系ステンレスのSUS316やSUS316L等が用いられている。
 一方、近年、生体に対する金属アレルギーの問題が注目されている。この金属アレルギーとは、金属材料を構成するある種の金属が、使用される環境条件に応じてイオン化され、生成した金属イオンが人体の表皮、粘膜上皮又は細胞内の蛋白と結合することにより、人体が本来有していない化学物質が生成し、この化学物質に対して生体細胞が拒絶反応を起こして人体に異常をきたすものである。このような金属アレルギーを発症させる金属元素の一つとして、Ni(ニッケル)が原因物質であることが知られている。
 このような状況において、上記の血管拡張用ステントの材料として用いられている一般的なオーステナイト系ステンレスであるSUS316には10~14質量%のNiが、またSUS316Lには12~15質量%のNiが含有されていることから、血管拡張用ステントを血管に挿入後のNiイオンの溶出による金属アレルギーの発症が懸念されている。
 上記のような、金属材料中のNiの存在が金属アレルギーの発症原因であるとの観点から、これまでに、生体用又は医療用のインプラント、血管拡張用ステント、又は器具、人体の皮膚表面に直接接触して使用される装身具乃至装飾品又は衣料類部品、食器類に用いられる金属材料としてのステンレス鋼において、金属アレルギーを回避するステンレス鋼として、Niイオンの溶出量をできるだけ低減したものが提案されている(特許文献1参照)。
 この提案によれば、上記のような多くの用途に対応させることを前提として、ステンレス鋼中のNi含有量を実質的に含有しない程度にまで低減させ、同時に耐食性、耐久性、強度及び靱性に優れ、且つ成形性と耐摩耗性に優れたステンレス鋼とするために、化学成分組成を限定している。
 この提案によるステンレス鋼の基本的な化学成分組成の限定は、化学成分組成(質量%)として、0<C(炭素)≦0.08、0≦Si(ケイ素)<0.50、0≦Mn(マンガン)≦1.50、15≦Cr(クロム)≦30、0≦Ni<0.05、1≦Mo(モリブデン)≦10、1.00<N(窒素)≦2.00、0≦Ca(カルシウム)<0.005を含有し、残部がFe(鉄)及び不可避不純物としている。
 通常のオーステナイト系ステンレスでは、Fe、Cr、Ni、Moが必須の化学組成成分であり、Niがオーステナイト生成元素としての重要な役割を担っているが、上記の提案では、従来のオーステナイト系ステンレスのNiの役割を他の化学組成成分により補完するような構成としている。
 特にNiの補完成分として、N(窒素)が重要な役割を果たしている。Nは、オーステナイト生成元素であり、強度の向上にも寄与する構成成分である。
 しかしながら、Nを多く含有させると、Cr窒化物の生成が助長され、Cr含有量の低下によるCr酸化被膜の減少により耐食性が低下する。また、特にCl(塩素)イオン等の種々のイオンが存在する生体内環境においては耐食性が著しく低下し、靭性も低下するという問題がある。
 さらに、上記の提案のように1質量%以上を越えるNを配合したオーステナイト系ステンレスの場合、Nの固溶強化により高硬度となり、加工性、成形性が劣るという問題もある。
 このような現状から、Niを実質的に含有せず、且つ、Nの含有量をできる限り抑えた、金属アレルギーの発症防止効果を有する、加工性、成形性に優れたステンレス鋼の開発及び、このようなステンレス鋼を用いた血管拡張用ステントの開発が切望されていた。
特開2007-51368号公報
 本発明は、以上のとおりの背景からなされたものであって、ステンレス鋼中にNiを実質的に含有せず、金属アレルギーの発症防止効果を有し、精密加工性、強度、延び特性に優れたステンレス鋼を用いたニッケルフリーステンレス製ステントを提供することを課題としている。
 即ち、本発明のニッケルフリーステンレス製ステントは以下のことを特徴としている。
(1)化学組成として、Cr:15~30質量%、Mo:1~10質量%、N:0.5~1質量%を含有し、残部がFeであるとともに、不可避不純物を含有してもよいステンレス鋼を用いたニッケルフリーステンレス製ステントである。
(2)前記(1)に記載の化学組成に加えて、Si:0~0.50質量%、Mn:0~0.20質量%、P:0~0.01質量%、Al:0~0.1質量%を含有するステンレス鋼を用いたニッケルフリーステンレス製ステントである。
(3)前記(1)又は(2)に記載のいずれかの化学組成に加えて、Ti:0~0.5質量%、Nb:0~0.5質量%、B:0~0.005質量%を含有するステンレス鋼を用いたニッケルフリーステンレス製ステントである。
 上記(1)の発明によれば、化学組成として、Cr、Mo、Nを特定の含有量とし、残部がFeであるとともに、不可避不純物を含有してもよいステンレス鋼を用いてニッケルフリーステンレス製ステントとしたので、金属アレルギーの発症防止効果を有し、しかも精密加工性、強度、延び特性に優れたニッケルフリーステンレス製ステントとすることができる。
 上記(2)、(3)の発明によれば、上記(1)の発明のステンレス鋼の化学組成に加えて、Si、Mn、P、Alの含有量を特定の含有量に制限し、また、Ti、Nb、Bの含有量を特定の含有量としたステンレス鋼を用いてニッケルフリーステンレス製ステントとしたので、上記(1)の発明の効果を、さらに確実に顕著なものとしたニッケルフリーステンレス製ステントとすることができる。
本発明の管状のステンレス製ステントの形状を表す概略図。 ニッケルフリーステンレス製ステント留置4週後の血管病理写真。 SUS316L製ステント留置4週後の血管病理写真。 窒素含有量が1質量%未満のニッケルフリーステンレス製ステント(a)と、窒素含有量が1質量%以上のステンレス製ステント(b)の加工性比較写真。 3時間、1日、3日の時点の血管内皮細胞数の変化を示すグラフ。 3時間、1日、3日の時点の細胞の増殖性を確認した蛍光観察写真。
 以下、本発明を実施するための形態について説明する。もちろん、以下の説明は、発明の趣旨をより良く理解可能とするためのものであり、本発明を限定するものではない。
 本発明のニッケルフリーステンレス製ステント(以下、単にステントと略称する)に用いられるステンレス鋼は、Niを実質的に含まず、Feとともに、特定の割合でのCr、Mo、Nを必須の成分とするステンレス鋼である。
<Cr(クロム)>
 本発明に用いられるステンレス鋼の必須成分であるCrは、ステンレス鋼に耐食性を付与するための重要な構成元素であり、特に塩分等のClイオンを含有する体液等の腐食環境における、耐局部腐食の抑制を実現するためには重要な成分である。
 本発明のステンレス鋼において、Crの含有量は15~30質量%、好ましくは20~25質量%の範囲である。Crをこの含有量の範囲とすることにより、強度が十分に確保された状態で、伸び及び絞りに優れたステンレス鋼とすることができる。
 Crの含有量が30質量%を越えると、Crがフェライト生成元素でもあることから、金属間化合物が析出し易くなり、その結果、鋼の脆化を招くおそれがある。また、15質量%未満では、十分な耐食性及び強度を得られない場合がある。
<Mo(モリブデン)>
 本発明に用いられるステンレス鋼の必須成分であるMoは、ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素である。
 本発明のステンレス鋼において、Moの含有量は1~10質量%、好ましくは1~2質量%の範囲である。
 Moの含有量が10質量%を超えると、金属間化合物の生成が著しくなり、ステンレス鋼の脆化を招くおそれがある。また1質量%未満では、その効果を十分に発現できない可能性がある。
<N(窒素)>
 本発明に用いられるステンレス鋼の必須成分であるNは、固溶状態のNが塩分等のClイオンを含有する体液等の腐食環境における耐食性の向上に有効な成分である。特に、本発明においてはオーステナイト生成元素の確保手段としても、極めて大きな役割を担っている。
 本発明のステンレス鋼において、Nの含有量は0.5~1.0質量%、好ましくは0.8~1.0の範囲である。この範囲とすることにより、オーステナイト結晶構造の安定化を図ることができ、強度に優れ、かつ塑性加工性に優れたステンレス鋼とすることができる。
 Nの含有量が1.0質量%を越えると、Cr窒化物の生成が助長されやすくなり、加工性も低下するおそれがある。
 0.5質量%より少ないと、オーステナイト単相にならず2相ステンレスとなり、耐食性及び強度が低下するおそれがある。
 本発明においては、Cr、Mo及びNの各含有量は上記各範囲内であって、且つ次の式(1)で表わされる耐食性指数(PRE)が、次の式(2)及び式(3)を満足することが好ましい。
PRE=(Cr含有量)+(Mo含有量)×3+(N含有量)×10   (1)
PRE>150×A      (2)
PRE>3.5×D      (3)
 式(2)において、Aは鋼中非金属介在物の面積占有率(%)であり、式(3)においてDは鋼中非金属介在物の最大直径(μm)である。
 耐食性指数(PRE)と鋼中非金属介在物の面積占有率(%)(A)及び、鋼中非金属介在物の最大直径(μm)(D)との関係については以下に詳述するとおりである。
 ステンレス鋼は、鋼表面に強固な不動態皮膜を生成するため、生体材料等として使用された環境条件においても耐食性を発揮し、金属の溶出を抑制する。しかしながら、鋼中に酸化物、硫化物等の非金属介在物が存在すると、この非金属介在物が鋼の皮膜欠陥となり、耐食性を劣化させる原因となり、生体材料等としての使用環境においても金属溶出の原因となる。この耐食性劣化等の程度は、上記(1)で規定される耐食性指数(PRE)と、鋼中非金属介在物の面積占有率(%)(A)及び、鋼中非金属介在物の最大直径(μm)(D)(但し、長径と短径が存在する場合には、長径の最大径をDとする。)とに依存する。
 ステンレス鋼の、塩分等のClイオンを含有する体液等の腐食環境における、良好な耐局部腐食の抑制を実現するためには、前記(1)式及び(2)式を共に満足することが好ましい。
 ここで、鋼中非金属介在物の面積占有率(%)(A)の測定方法は、例えば、鍛造乃至圧延方向に平行な断面を鏡面に研磨し、光学顕微鏡を用いて、倍率1000倍、視野数150視野において、視野中の非金属介在物の最大直径(μm)(D)を測定し、また、その画像の画像解析から測定することができる。
 また、本発明に用いられるステンレス鋼においては、上記必須の化学組成成分の他、Si、Mn、P、Alの含有量を制御することが望ましい。
<Si(ケイ素)>
 Siは、脱酸剤として作用する元素である。本発明のステンレス鋼において、Siの含有は、脱酸生成物であるSiOを生成させることとなり、非金属介在物の成長を助長し、耐食性の低下を招くおそれがあるため、また、磁性を示すδフェライト相の生成を促進させるため、これらの点からも低値に抑えるのが好ましい。
 なお、本発明においては、前述したようにNを特定の範囲で含有させているので、後述する加圧式ESR法(Pressurized Electro-Slag Remelting)によるステンレス鋼の溶融工程では、N添加源として窒化ケイ素等のSiを含有する添加源物質は用いず、窒化フェロクロム合金や窒化クロム等を用いると共に、溶解精錬雰囲気の窒素ガス最大圧力を制御し、且つ添加スラグ成分としてAl単味系を使用する。
 これにより、溶湯からスラグへの非金属介在物の分離を促進させ、溶湯へのSiの混入源を制限して、Si含有量のコントロールを有効にすることが可能となる。
 以上の溶融工程を用いることを前提として、本発明のステンレス鋼におけるSi含有量を0~0.5質量%の範囲とすることができる。
<Mn(マンガン)>
 Mnは、Siと同様に脱酸剤として作用する元素であり、またオーステナイト相の安定化に寄与する。更に、Mnは溶湯中のNの溶解度を高める効果を有するため、N含有ステンレス鋼を製造しようとする場合には極めて有効な元素である。
 Nの含有を必須としている本発明においては、この観点からもMnを含有させることは極めて有効である。しかしながら、Mnの含有量を増加させると、Si含有量の増加の場合に準じて、脱酸生成物であるMnOが酸化物系介在物の成長を助長する作用があるため、鋼の耐食性が低下すると共に、靱性が低下する可能性がある。
 そこで、Mnの脱酸作用に関しては、Siと同様、添加量を制限しても脱酸能を確保できるようにするために、適量のAlを添加することにより、溶湯中の溶解酸素を極低値に低下させることができる。また、望ましくはこれにCeを付加して添加することによる複合脱酸により、その脱酸効果をより発現させて、酸化物系介在物を低減させることができる。
 このように制御された脱酸方法を採用することにより、本来脱酸機能を有するMnの含有量を更に低下させることが可能となる。
 このような観点から、本発明におけるMnの含有量は0~0.2質量%、好ましくは0~0.01質量%の範囲である。この範囲とすることにより、Mn系酸化物を含む非金属介在物の量を減らすことができるので、本発明のステンレス鋼の耐食性向上に対して極めて効果的である。
 本発明においては、上述した耐食性及び靱性改善の観点から、Si含有率における場合と同様に、加圧式ESR法を用いて所定圧力のN雰囲気で溶解・精錬を行ない、脱酸操作を適切に行なうことにより、Mn含有量を0質量%としても十分な脱酸を行なうことができる。また、適正量のAl添加脱酸によっても、十分な脱酸を行うことができると共に、Al含有介在物の生成を抑制し、残留量を極低下させることができる。
<P(リン)>
 Pは、ステンレス鋼の溶製工程において不可避的に混入する元素であって、結晶粒界に偏析し、耐食性の低下を招き易く、また靱性の低下を招くおそれがあるため、含有量はできる限り少ない方が望ましい。そのため、本発明におけるPの含有量は0~0.01質量%の範囲とする。
 そしてまた、本発明に用いられるステンレス鋼においては、上記成分の他、Ti(チタン)、Nb(ニオブ)、B(ホウ素)を含有することができる。
 本発明におけるTiの含有量は0~0.5質量%、好ましくは0~0.2質量%の範囲、Nbの含有量は0~2質量%、好ましくは0~0.2質量%の範囲、Bの含有量は0~0.05質量%、好ましくは0~0.005質量%の範囲である。
 Ti、Nb、Bを上記の含有範囲とすることにより、窒化物の形成とともに、結晶粒微細化効果を発現させることができる。そして、これにより強度とともに伸び特性を向上させることが可能となる。これらの特性は、従来、相反しかねない特性であるが、上記の含有量範囲とすることにより両立させることが可能となる。
<Al(アルミニウム)>
 この発明においては、ESR鋼塊の溶製に際して、溶湯の脱酸を行ない、ESR鋼塊の酸化物系非金属介在物の清浄性をできるだけ高水準に確保するためには、Alによる複合脱酸は可能な限り避けた方が望ましく、消耗式ベース電極製造段階における溶製段階で必要なAl残留量の許容により混入する程度の含有量に留めておくことが好ましい。このような観点から、ESR鋼塊中のAl含有量は、0~0.10質量%の範囲内に有ることが望ましい。
 更に、本発明においては、上記以外の成分、例えばC(炭素)、S(硫黄)、O(酸素)の含有量を制御することが望ましい。
<C(炭素)>
 Cは、鋼の強度向上に寄与すると共に、オーステナイト相生成元素として有効である。しかしながらCの含有量が過剰になると、ステンレス鋼の耐食性及び靱性を損なう元素であることから、他の成分による強度確保及びオーステナイト相確保を前提とし、耐食性及び靱性確保の観点からはできるだけその含有量を低減することが望ましい。
 これらのことから、本発明におけるCの含有量は0~0.02の範囲が好ましい。
<S(硫黄)>
 Sは、ステンレス鋼の溶製工程において不可避的に混入する元素であって、Sの含有量は、MnSの生成量を抑制するためにも、Mnの含有量を可能な限り低含有量とした上で極力抑えることが望ましい。本発明においてはS含有量を0~0.002質量%の範囲とすることが好ましい。
<O(酸素)>
 Oは、鋼の溶製工程において不可避的に混入する元素であり、その含有量は極力低いことが望ましい。かかる観点から、本発明においてOの含有量は0~0.003質量%の範囲とすることが好ましい。
 更に、本発明においては、W(タングステン)、V(バナジウム)、Ce(セリウム)を含有させることも考慮される。
<W(タングステン)、V(バナジウム)>
 Wは、ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素である。しかしながら、その含有量が過剰になると、WはCrと同様のフェライト生成元素であるため、金属間化合物の生成が著しくなり、鋼の脆化を招くことがある。従って、Wの含有量は1~10質量%の範囲が好ましい。
 一方、Vは、塩分等のClイオンを含有する体液等の腐食環境における、耐局部腐食の向上に有効な元素であるが、その含有量が過剰になるとステンレス鋼の熱間加工性を阻害する。従って、Vの含有量は1~10質量%の範囲とするのが好ましい。
 上記のW及びVのうち1種以上を、上記の含有量の範囲内で含有させることにより、ステンレス鋼の耐食性を向上させることができる。
<Ce(セリウム)>
 Ceは、脱酸剤及び脱硫剤として有効である。従って、非金属介在物の低減に寄与して、耐食性及び靱性の向上に寄与する。
 本発明においてCeの含有量の範囲は0.01~0.10質量%の範囲とする。含有量をこの範囲とすることにより、ステンレス鋼の耐食性及び靭性を、更に一層向上させることができる。
 含有量が0.01質量%未満では、上記効果を十分に発現させることができず、0.10質量%を越えて含有させるとステンレス鋼の熱間加工性を阻害するので好ましくない。
 本発明においては、以上で説明していない元素が不可避的不純物として含まれていてもよい。例えばNi(ニッケル)についても同様である。実質的にNiを含有していないことが大切である。
 上述したステンレス鋼を構成する各成分は、化学成分組成の特徴を満たすために効率的な溶製方法である加圧式ESR法により溶製される。以下に、本発明のステンレス鋼を溶製するために好適な公知の加圧式ESR法による溶製方法を説明する。
 本発明のステンレス鋼を溶製するための加圧式ESR法では、ESR鋼塊を、溶解・精錬期のNガス雰囲気圧力を、0.1~5MPa程度の範囲内において調整可能とした装置により溶製することができる。
 ここで消耗式電極として、窒素添加型消耗式電極を用い、さらにスラグとしてフッ化カルシウム(CaF)や酸化カルシウム(CaO)のプリメルトスラグを用い、上記窒素添加型消耗式電極を溶解原料とする再溶解・精錬を行なうことにより、所望のESR鋼塊を溶製することができる。
 その際、ESR鋼塊のN含有量を目標値とするためには、調整の基本操作として、(1)上記窒素添加型消耗式電極表層部に固設した窒素添加体に含まれるN含有量とその電極表層部の窒素添加体分布の対称性維持、(2)溶解・精錬期のNガス雰囲気圧力の制御、及び(3)溶解・精錬温度の制御により行なうことができる。
 高清浄鋼溶製の基本的手法は、溶湯の金属Al主体による強脱酸を基本とし、更に望ましくは、適量の金属Ceを付加した複合脱酸も採用する。なお、Al添加は、金属Alワイヤーを消耗式電極に組み込んで取り付け調製し、更に、溶融スラグの成分組成については、スラグの酸素及び硫黄のポテンシャルの極低下及び流動性の適正化を考慮することにより、脱酸生成物及び脱硫生成物の溶湯(溶鋼)バルク乃至溶滴から溶融スラグ相への浮上・分離除去の促進及び溶湯バルクの再酸化防止を図ることができる。
 このようにして、加圧式ESR法により溶製されたESR鋼塊を、本発明のステントに適した線状の形態に、熱間圧延、熱間鍛造、熱間押出、冷間圧延、冷牽及び冷間引抜き等の群から選ばれた一以上の加工技術を用いて加工することができる。
 上記のようにして加工された線状素材のステンレス鋼から、本発明に係るステントを製造する方法は、従来オーステナイト系ステンレス鋼、例えばSUS316L等を素材としてステントを製造するための従来技術を採用することができる。
 これらのステントの製造技術としては、ステンレス鋼を線状の形態に加工し、これをネット状に編んでステントとすることができる。このようなネット状のステントは、畳んで細くした状態で、カテーテルにより血管の患部に挿入した後、風船により膨らませてネットを拡張させて血管を広げる。
 また、棒状に成形したステンレス鋼の断面中心部を機械加工により長手方向に穿孔して、パイプを作製し、それを冷間引抜加工を行い、さらに図1に示す最終形状の細管を作製後、レーザー加工により所定のパターンに加工し、ステントとすることもできる。
 図1に冷間引抜加工により管状にしたステントの概略図を示す。本発明では、図1に示すように、外径(D)1.4mm、管肉厚(T)0.1~0.15mm、長さ(L)10~20mmのステントの管状形状とすることにより、冠動脈用のステントとして好適に用いることができる。
 次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。もちろん本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。
<ニッケルイオンの溶出評価>
 表1に示す化学組成(数値は質量%を表す)の実施例1~6のニッケルフリーステンレス(23Cr-1Mo-1N)及び、比較例1のステンレス(SUS316L)を、直径10mm、厚さ1mmの形状とし、アセトン中で超音波洗浄を行なった後、オートクレーブ滅菌し、培養液(内皮細胞基本培地+内皮細胞添加因子(EGM-2 Bullet Kit, 三光純薬, Cat.# CC-3162))1mLに1サンプルずつ入れ、37℃、24時間の条件でインキュベートした。
 実施例1~6及び比較例1の各々3サンプルを1本にまとめて、その培養液中のニッケルイオン溶出量をICP発光分光分析装置(日本ジャーレル・アッシュ社製)により定量した。
 その結果を表2に示す。表2の結果からわかるように、ニッケルフリーステンレスの場合には、ニッケルイオンの溶出が認められないのに対し、SUS316Lステンレスでは、溶出が認められた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
<再狭窄率の検証>
 外径1.4mm、肉厚0.1mmのシームレスパイプから長さ10mmのニッケルフリーステンレス製ステント(23Cr-1Mo-1N:実施例1)およびステンレス製ステント(SUS316L:比較例1)を作成した。作成したステントをカテーテルに搭載した後、エチレンオキサイドガスにて滅菌後、生後3ヶ月のブタ(体重約60kg)を麻酔下、カテーテルにてステントを左冠動脈前下行枝(LAD)、左冠動脈左回旋枝(LCX)または右冠動脈(RCA)に留置した。LAD、LCX、RCAへ留置するステントの数は、最大で2個とした。4週間後、造影による血管径の評価により狭窄率を冠動脈のAHA(米国心臓協会:American Heart Association)分類により評価した。
 実施例1のステンレス製ステントの留置4週後の血管病理写真を図2に、比較例1のSUS316L製ステントの留置4週後の血管病理写真を図3に示す。
 狭窄率は、狭窄が無い場合を0%、1~25%を25%、25~50%を50%、51~75%を75%、75~99%(造影剤の流れの狭窄部での遅延なし)を90%、75~99%(造影剤の流れの狭窄部での遅延あり)を99%、完全な狭窄を100%とした。25%以下の再狭窄率を効果ありとした。
 その結果を表3に示す。表3の結果から、実施例1のニッケルフリーステンレス製ステントでは、効果のあったサンプルが80%に達したが、比較例1の従来のSUS316L製ステントでは20%しか効果が現れなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 以上の結果から、本発明のニッケルフリーステンレス製ステントは従来のステンレス製ステントと比べてニッケルの溶出がほとんどなく、低い再狭窄率であって、金属アレルギーの発症が抑制されることが確認された。
<窒素含有量と加工性の関係>
 窒素含有量が1質量%未満のニッケルフリーステンレス製ステントと、窒素含有量が1質量%以上のステンレス製ステントについて、その窒素含有量と加工性の関係を確認した。その各ステントの断面写真を図4に示す。
 窒素含有量が1質量%未満のニッケルフリーステンレス製ステント(a)では、窒素含有量の低下とともに硬さが低下し、加工性がよくなり、均一な肉厚の細管が加工できることが確認された。一方、窒素含有量が1質量%以上のステンレス製ステント(b)では、加工性が低下し、不均一な肉厚となることが確認された。
 以上の結果から、窒素含有量が1質量%未満のニッケルフリーステンレス製ステントの優れた加工性が確認された。
<細胞接着性及び増殖性の評価>
 下記表4に示すステンレスサンプル(直径10mm)を調整し、その表面にヒト臍帯静脈内被細胞(HUVEC)を播種した後、3時間、1日、3日の時点の細胞接着性、増殖性を評価した。
 評価は、WST-8を用いた細胞数測定及び蛍光観察により行った。血管内皮細胞数の変化の結果を図5に、細胞の増殖性についての蛍光観察写真を図6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
細胞継代数:5
細胞播種密度:2500cells/500μl(48wellプレート使用)
N数:5
 図5及び図6の結果から、ニッケルを含有するSUS316と比較して、本発明のニッケルフリー高窒素ステンレス(23Cr-1Mo-1N)は有意に高い細胞接着性及び増殖性を示すことが確認された。

Claims (3)

  1.  化学組成として、
    Cr:15~30質量%
    Mo:1~10質量%
    N:0.5~1質量%
    を含有し、残部がFeであるとともに、不可避不純物を含有してもよいステンレス鋼を用いることを特徴とするニッケルフリーステンレス製ステント。
  2.  請求項1に記載の化学組成に加えて、
    Si:0~0.50質量%
    Mn:0~0.20質量%
    P:0~0.01質量%
    Al:0~0.1質量%
    を含有するステンレス鋼を用いることを特徴とするニッケルフリーステンレス製ステント。
  3.  請求項1又は2に記載のいずれかの化学組成に加えて、
    Ti:0~0.5質量%
    Nb:0~2質量%
    B:0~0.05質量%
    を含有するステンレス鋼を用いることを特徴とするニッケルフリーステンレス製ステント。
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